大型混流式水輪發(fā)電機(jī)空冷器凝露消除措施的應(yīng)用

羊亞波

一、引言

某電廠位于紅水河中游廣西大化瑤族自治縣境內(nèi)。由于其所處地理位置的氣候原因，每一年都會(huì)有雨季和梅雨季節(jié)，空氣潮濕，濕度大。該電廠水輪發(fā)電機(jī)的冷卻方式采用無(wú)風(fēng)扇的全封閉雙路自循環(huán)空氣冷卻系統(tǒng)，水源直取紅水河河水，水溫較低。近年來(lái)，由于梅雨季節(jié)、雨季、回南天等氣候濕度大，發(fā)電機(jī)空冷器結(jié)露嚴(yán)重，影響發(fā)電機(jī)機(jī)組運(yùn)行時(shí)冷熱風(fēng)溫度、發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子溫度以及各導(dǎo)軸承溫度，給發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行帶來(lái)極大的隱患。

二、發(fā)生凝露原因分析

（一）空冷器凝露的基本理論

大氣是由水蒸氣和干空氣構(gòu)成。通常情況下，大氣中含有的水蒸氣特別少，故該水蒸氣的分壓力很低，與其對(duì)應(yīng)的飽和溫度自然也很低。當(dāng)水蒸氣分壓力等于當(dāng)時(shí)空氣溫度的飽和壓力，水蒸氣屬于在飽和狀態(tài)了。如果這時(shí)再降低溫度，大氣中水蒸氣就冷凝成“ 露珠 ”從空氣中落下。故空冷器凝露的直接原因是空冷器供水水源管路表面溫度與風(fēng)洞內(nèi)空氣環(huán)境溫度存在一定的溫差，當(dāng)天氣潮濕、梅雨天氣等情況時(shí)，水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)，碰到溫度低的空冷器管路就會(huì)出現(xiàn)空冷器凝露現(xiàn)象，且溫差越大凝露現(xiàn)象越嚴(yán)重，物理上把這種現(xiàn)象稱為液化。

（二）空冷器水壓過(guò)高

近年來(lái)該電廠為了防止水壓低導(dǎo)致冷卻效果不佳和機(jī)組各軸承溫度上升，始終不愿意把水壓降低運(yùn)行。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，水壓過(guò)高將導(dǎo)致空冷器及管路水溫較低或空冷器管路容易磨損，再加之紅水河水溫較低，平日機(jī)組冷卻用水量較大，水壓設(shè)置較高，雖然按照設(shè)計(jì)水壓投運(yùn)，但長(zhǎng)年累月在充滿泥沙的紅水河里運(yùn)行，銅管耐壓能力已變小，運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)漏水故障或者凝露事件。

（三）風(fēng)洞內(nèi)空氣潮濕

空冷器在梅雨季節(jié)等外界濕度大的情況下經(jīng)常發(fā)生凝露現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)比風(fēng)洞內(nèi)空氣濕度與空冷器進(jìn)出口表面濕度，發(fā)現(xiàn)變化趨勢(shì)基本一樣，但風(fēng)洞內(nèi)空氣濕度在梅雨季節(jié)等情況下高于空冷器進(jìn)出口表面濕度，這將導(dǎo)致凝露的發(fā)生。本文對(duì)兩種方法進(jìn)行分析比較實(shí)踐，得出較好解決大型空冷器凝露的方法。

三、大型空冷器凝露的解決辦法

（一）降壓運(yùn)行

空冷器水壓降壓運(yùn)行后，冷卻水流量減少，流速降低，有可能會(huì)影響機(jī)組運(yùn)行時(shí)冷熱風(fēng)溫度、發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子溫度以及各導(dǎo)軸承溫度。加之由于紅水河泥沙量大、貝殼多，水壓減少、流速降低，可能出現(xiàn)空冷器管路堵塞現(xiàn)象。雖然降壓運(yùn)行可能會(huì)造成以上影響，但為了解決空冷器凝露的問(wèn)題，決定采用4 號(hào)機(jī)執(zhí)行冷卻水降壓運(yùn)行。該電廠4 號(hào)機(jī)技術(shù)供水系統(tǒng)各部閥門(mén)按降壓要求調(diào)整到位，空氣冷卻器、推力冷卻器正向、反向供水閥從全開(kāi)位置回關(guān)11 圈，水導(dǎo)冷卻器、上導(dǎo)冷卻器、下導(dǎo)冷卻器正向反向供水閥從全開(kāi)位置回關(guān)6 圈，正向水源閥壓力均為0.3 兆帕左右。同時(shí)4206 閥開(kāi)度調(diào)整為50%。調(diào)整前，技術(shù)供水全壓運(yùn)行，所有閥門(mén)全開(kāi)，水壓0.45 兆帕。

經(jīng)過(guò)2018 年一個(gè)季度區(qū)間數(shù)據(jù)的對(duì)比，該電廠4 號(hào)機(jī)降壓前后各部件最高溫度對(duì)比見(jiàn)表1。

從表1 中可以看出，降壓運(yùn)行對(duì)各軸承溫度影響較少，壓力調(diào)整合適。經(jīng)過(guò)一個(gè)季度的觀察，認(rèn)為其他機(jī)組可以參照4 號(hào)機(jī)調(diào)整壓力運(yùn)行。

降壓運(yùn)行后是否會(huì)引起管路堵塞？檢查4 號(hào)機(jī)空冷器活動(dòng)情況記錄如圖1—圖3。

圖1 4 號(hào)機(jī)19 號(hào)空冷器底部端蓋

圖2 4 號(hào)機(jī)19 號(hào)空冷器底部

圖3 4 號(hào)機(jī)5 號(hào)空冷器底部

在降壓運(yùn)行一個(gè)季度后，將4 號(hào)機(jī)19 號(hào)空冷器拆開(kāi)檢查，下部水箱蓋有少量貝殼，銅管未見(jiàn)堵塞。為驗(yàn)證其他空冷器有無(wú)同樣問(wèn)題存在，選擇拆開(kāi)4 號(hào)機(jī)5 號(hào)空冷器檢查，發(fā)現(xiàn)5 號(hào)空冷器沒(méi)有貝殼存在。通過(guò)對(duì)4 號(hào)機(jī)5 號(hào)、19 號(hào)空冷器進(jìn)行檢查，初步判斷降壓運(yùn)行未必會(huì)出現(xiàn)空冷器管路堵塞的現(xiàn)象。

從圖1、2、3 中可以看出，5 號(hào)空冷器沒(méi)有貝殼，銅管未見(jiàn)堵塞；以往檢修5 號(hào)空冷器也未見(jiàn)有貝殼，19 號(hào)空冷器出現(xiàn)少量貝殼，是否與降壓運(yùn)行有關(guān)，還待后續(xù)運(yùn)行觀察。為防止出現(xiàn)貝殼類可能引起堵塞的情況，需做好相關(guān)運(yùn)行措施。

經(jīng)查詢年度記錄，該電廠4 號(hào)機(jī)降壓前后空冷器凝露次數(shù)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 4 號(hào)機(jī)空冷器降壓前后凝露對(duì)比

降壓運(yùn)行后經(jīng)2 年觀察跟蹤，空冷器凝露滴水次數(shù)明顯減少，且多次觀察相同負(fù)荷下監(jiān)視機(jī)組各軸承及空冷冷風(fēng)、熱風(fēng)溫度跟降壓前對(duì)比無(wú)明顯變化，說(shuō)明降壓后水流量滿足冷卻要求。雖然降壓運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)空冷器水箱出現(xiàn)貝殼，但是降壓運(yùn)行后機(jī)組溫度無(wú)明顯變化，冷卻器凝露滴水現(xiàn)象明顯減少。此方法達(dá)到了預(yù)期目的，取得了較好的效果，但依舊無(wú)法根除空冷器凝露的情況，特別是梅雨天氣，氣候變化較大時(shí)，空冷器凝露滴水現(xiàn)象較多。

（二）采用防爆除濕機(jī)

防爆除濕機(jī)主要由防爆型風(fēng)機(jī)、隔爆型電氣控制箱、澆封型防爆壓縮機(jī)、本安型控制面板組成。除濕機(jī)有除濕、化霜、定時(shí)運(yùn)行、保護(hù)等功能。除濕是指開(kāi)機(jī)狀態(tài)下，如果設(shè)定濕度小于當(dāng)前濕度，而且差值等于3%，機(jī)器進(jìn)入除濕控制?；侵笝C(jī)器不運(yùn)行，不進(jìn)入化霜；壓縮機(jī)運(yùn)行30 分鐘后判斷蒸發(fā)溫度，當(dāng)蒸發(fā)溫度下降到小于等于-2 攝氏度時(shí)，機(jī)器進(jìn)入化霜模式。定時(shí)運(yùn)行是指機(jī)器在開(kāi)機(jī)狀態(tài)設(shè)置定時(shí)，程序進(jìn)入定時(shí)關(guān)機(jī)模式；機(jī)器在關(guān)機(jī)狀態(tài)設(shè)置定時(shí)，程序進(jìn)入定時(shí)開(kāi)機(jī)模式。保護(hù)是指機(jī)器上電3 秒后即檢測(cè)相序和缺相，如有相序錯(cuò)誤和缺相情況，微電腦將立即關(guān)閉壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)電源并同時(shí)顯示故障，遇到這種情況時(shí)需請(qǐng)專業(yè)人員斷電排除故障后方能正常工作。本機(jī)裝有壓力保護(hù)裝置，當(dāng)本機(jī)冷媒少于0.5 千克時(shí)，壓力保護(hù)器將切斷壓縮機(jī)電源，這時(shí)需請(qǐng)專業(yè)人員查找漏點(diǎn)并修補(bǔ)．然后按銘牌上要求的加液量進(jìn)行加液。

除濕機(jī)工作原理是通過(guò)設(shè)定濕度與檢查空氣濕度的比較，從而啟動(dòng)或者停止，維持空氣濕度在正常范圍內(nèi)。防爆除濕機(jī)不僅有自動(dòng)設(shè)置啟動(dòng)和手動(dòng)啟動(dòng)功能，還具有遠(yuǎn)程控制啟動(dòng)功能。

以該電廠2 號(hào)機(jī)為例，在2 號(hào)機(jī)風(fēng)洞內(nèi)安裝防爆除濕機(jī)。當(dāng)空氣濕度大于70%時(shí)，防爆除濕機(jī)自動(dòng)運(yùn)行；當(dāng)空氣濕度低于50%時(shí)，防爆除濕機(jī)自動(dòng)停止。采集2019 年未安裝防爆除濕機(jī)的空冷器凝露次數(shù)與2020 年安裝防爆除濕機(jī)后空冷器凝露次數(shù)進(jìn)行對(duì)比，數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 采用防爆除濕機(jī)前后空冷器凝露對(duì)比

從表3 數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，采用防爆除濕機(jī)后，空冷器凝露滴水次數(shù)基本消失。

綜合上述兩種凝露方法對(duì)比，建議采用防爆除濕機(jī)作為消除大型空冷器凝露的推廣應(yīng)用，防爆除濕機(jī)具有很好的應(yīng)對(duì)梅雨等異常天氣變化時(shí)空冷器凝露現(xiàn)象。

四、結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)某電廠風(fēng)洞內(nèi)空冷器凝露滴水現(xiàn)象通過(guò)采用降壓運(yùn)行和防爆除濕機(jī)除濕應(yīng)用對(duì)比，得出采用防爆除濕機(jī)能更好地解決空冷器凝露問(wèn)題的結(jié)論。自從采用防爆除濕機(jī)除濕后某電廠近年來(lái)風(fēng)洞內(nèi)空冷器凝露現(xiàn)象基本消除，避免了凝露水濺定子導(dǎo)致接地等情況的發(fā)生，為機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠保障，夯實(shí)安全生產(chǎn)基石，也為其他水輪發(fā)電機(jī)組空冷器防凝露措施提供了可行性參考。